- 韓國研究團隊開發垂直堆疊半導體系統，提升信號分析準確度。
- 系統能處理運動和生理數據，減少對外部計算的依賴。
- 設備成功區分所有 16 種信號組合，驗證準確率超過 90%。
- 該技術可應用於智能手錶等低功耗可穿戴設備。
韓國研究人員開發了一種垂直堆疊的半導體系統，能夠處理近期和早期信號，潛在地使小型可穿戴設備能夠分析運動和生理數據，而無需過度依賴外部計算。該技術由韓國科學技術院（KAIST）、浦項科技大學（POSTECH）及南韓科技大學（UNIST）的研究人員共同開發。此係統使用碳納米管晶體管，並由固態離子膠控制，該材料含有可移動的離子，影響電流在設備中的流動。當施加電壓時，離子會通過材料移動。
在電壓消失後，離子不會立即返回原位，從而留下早期信號的暫時電氣“記憶”。研究人員不將這種延遲反應視為限制，而是利用它來處理隨時間變化的資訊。通過調整離子的濃度和離子膠的厚度，團隊創建了具有不同響應速度的設備。研究人員隨後將快速和慢速響應的設備垂直堆疊，不同層次能夠在不同的時間尺度上處理資訊。
系統的運作原理
不同的層次具有不同的記憶方式。快速層對最新輸入反應更強烈，而慢速層則保留較長時間累積的資訊。因此，結合它們的輸出，系統能夠獲得關於剛發生的事件及其之前發生的事件的資訊。以往用於此類設備的離子材料通常為液體或柔性膠。這些材料使得精確的半導體製造和多層堆疊變得困難。將離子膠轉化為固體薄膜，則使研究人員能夠更好地控制其特性，同時構建多個設備層。團隊測試了硬件是否能夠區分時間模式，使用了四個連續的輸入信號，這些信號均可開啟或關閉。
設備成功區分了所有 16 種可能的組合。 研究人員還利用設備的測量數據創建了一個模擬，用於分類移動的手寫數字影片。該系統在處理不同速度播放的動態影像序列時，實現了超過 90% 的驗證準確率。這種方法最終可能幫助電子設備在本地處理變化的資訊，而不是不斷將原始數據轉移到其他地方進行分析。潛在應用包括可穿戴設備，監測運動和生理信號。
潛在應用與兼容性
團隊展示了該技術與不同製造格式的兼容性。研究人員在 4 吋晶圓和柔性基板上製造了這些設備，潛在使這種架構適合需要符合非平面表面的電子產品。根據研究人員的報告，這些設備在製造後的 55 個月內保持了穩定的電氣特性。KAIST 的權志閔教授表示：「這些設備可以使用現有的薄膜半導體工藝在大面積基板上製造，並且也可以堆疊成多個層次。」權教授指出，該技術可以發展成分析運動和生理信號的晶片，適用於如智能手錶等低功耗設備。
然而，研究人員尚未在實際的智能手錶中展示這些省電效果。進一步的測試將需要確定該架構的性能以及在整合到真正的可穿戴電子產品時能節省多少能量。該研究發表於《先進材料》期刊。
新技術對可穿戴設備的影響
這項新開發的垂直堆疊半導體系統，通過創新的材料和設計，顯著提升了可穿戴設備在信號分析上的準確度。隨著科技的進步，越來越多的設備需要在本地處理數據，減少對雲端計算的依賴，這對於使用者的隱私和數據安全至關重要。此外，該技術的兼容性使其能夠適應不同的製造格式，為未來的電子產品提供了更多的設計靈活性。